[发明专利]基于反射光场偏振与空时编码的表面三维重建方法和系统

权利要求书

1.一种基于反射光场偏振与空时编码的表面三维重建方法，其特征在于，所述方法包括：

对待测物体进行可调控精度的空时编码三维重建以获取第一三维面形数据D^shape，并计算其法向量场N^shape；采用圆偏振光照明待测物体表面，计算反射光场法向量场N^polar；通过第一三维面形数据法向量场N^shape纠正反射光场法向量分量入射方位角得到第一优化的反射光场法向量场N^cpolar；通过第一三维面形数据D^shape纠正反射光场法向量相关的折射率n_m，得到第二优化的反射光场法向量场N^rpolar；基于圆偏振度和D^shape联合引导梯度积分得到第二三维面形数据D^polar；基于标准球拟合建立异源数据的定量关系，并将D^shape和D^polar进行数据融合，得到待测物体表面的第三三维面形数据D^hh。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取第一三维面形数据D^shape包括：

获取多对空域时域不相关且受待测物体表面形状调制的立体图像序列；对立体图像序列进行二值化处理，得到二值立体图像序列对；对获取的二值立体图像序列对进行异或处理，完成对应点立体匹配，得到反映待测物体表面面形的视差图；根据系统的标定参数，对获得的视差图进行三维重建，得到第一三维面形数据D^shape。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算第一三维面形数据D^shape的法向量场N^shape包括：

根据受待测物体调制的空时序列图像和立体匹配的双重选择标准，选取第一三维面形数据D^shape的高可靠性区域Mask；通过最近邻kNN搜索算法找出Mask区域三维点p_i＝[p_ix,p_iy,p_iz]^T邻域的点集P＝{p₁,p₂,p₃,...,p_n},p_i∈R³，对应矩阵P＝[p₁,p₂,…,p_n]^T；对点p_i，从其k邻域Q_i＝{q_i1,q_i2,q_i3,...,q_ik}(q_ik∈P且q_ik≠p_i)估算该点的法向量n_i＝[n_ix,n_iy,n_iz]^T；Q_i对应的矩阵形式为Q_i＝[q_i1,q_i2,…,q_ik]^T，

以n_i为优化变量，建立一个代价函数：

其中，表示包含行平均向量矩阵；进而通过对矩阵进行主成分分解(PCA)，选取最小协方差对应的主成分求取最优的n_i，由Mask区域内所有点的n_i来构成N^shape。